CN106077956B - 一种去除薄膜或涂层的激光加工方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种去除薄膜或涂层的激光加工方法，其包括以下步骤：第一步，测量获取薄膜或涂层的厚度值；第二步，根据所述第一步获取的厚度值，调整激光的参数；第三步，开启激光器，重复进行所述第一步和第二步，使激光在薄膜或涂层表面扫描，直至薄膜或涂层去除。另外一种简化的方法是预先设置某一厚度值或相关物理量值作为基准，并进行初步加工，待所测的薄膜或涂层厚度或相关物理量与预设值一致时调整加工参数进行精细加工，直至薄膜或涂层去除。与现有技术相比，本发明的去除薄膜或涂层的激光加工方法及设备，通过实时测量薄膜或涂层的厚度，并以此调节激光参数，使其达到最优去除效果，快速精准。

Description

一种去除薄膜或涂层的激光加工方法及设备

技术领域

本发明涉及薄膜去除技术领域，尤其是一种采用激光去除薄膜或涂层的激光加工方法及设备。

背景技术

在加工过程中经常会遇到膜层或涂层去除的工艺需求，如通过去除部分膜层或涂层来产生标识；通过去除部分膜层或涂层来实现工件的某些性能(如导电、绝缘、透光等)；或在加工过程中为了保护等功能涂覆薄膜或涂层，在完成某些工序后需要对膜层或涂层进行去除。由于薄膜或涂层一般厚度较薄，粘附性较强，采用传统机械手段很难实现高效精确的去除。激光加工工艺的出现在一定程度上解决了这一问题，但是由于薄膜或涂层的厚度很难精确测量，或薄膜本身不均匀，很难保证每一个地方的厚度都一致，这就导致了膜层或涂层很难高效精确的去除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种去除薄膜或涂层的激光加工方法及设备，其解决了目前对产品表面涂层或薄膜难以高效精确去除的技术问题。

为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：

本发明的一种去除薄膜或涂层的激光加工方法，其包括以下步骤：

第一步，测量获取薄膜或涂层的厚度值；

第二步，根据所述第一步获取的厚度值，调整激光的参数；

第三步，开启激光器，重复进行所述第一步和第二步，使激光在薄膜或涂层表面扫描，直至薄膜或涂层去除。

其中，在进行所述第一步之前还包括：预先设置某一厚度值作为检测基准，采用统一的激光参数，对薄膜或涂层进行初步去除，并实时检测反馈信号，直至薄膜或涂层厚度达到预设值，之后根据预设值调整加工参数进行精细加工的步骤。

其中，所述第一步中的厚度值的获取包括以下步骤：

第一步，采用功率探测器测得进入薄膜或涂层之前的激光的功率P和从薄膜或涂层折射而出之后的出射激光的功率P'；

第二步，计算出射激光的功率与入射激光的功率比r：其中，R₁为入射激光的入射面反射率，R₂为薄膜或涂层的反射面反射率，R₃为出射激光的出射面反射率，L为激光在薄膜或涂层内传输距离，α是激光光束在薄膜或涂层内的吸收系数；

第三步，根据所述第二步中获取的L值，计算厚度值t，其中，θ为激光的入射角，n₁为空气介质的折射率，n₂为薄膜或涂层的折射率。

其中，所述的第一步中获取厚度值包括以下步骤：

第一步，选用双波长激光器，分别获取双波长的激光光束的出射激光的功率与入射激光的功率比r，分别记为r₁和r₂；

第二步，当选取的双波长接近时，其反射率也相近，因此以此可获取L值，进而计算厚度值t，其中，α₁和α₂分别为双波长激光在薄膜或涂层内的吸收系数；

其中，所述获取薄膜或涂层厚度值的步骤中，所采用的探测光束可以来自用于加工的激光光源，也可以是任意波长光源。即探测光束是任意波长，与加工的激光波长可以相同也可以不同。加工用激光需要根据被去除薄膜或涂层进行选定。

一种采用如上任意一项所述的去除薄膜或涂层的激光加工方法的去除薄膜或涂层的激光加工设备，其包括：激光器，控制所述激光器的工控机，以及沿激光出射方向依次设有的扩束装置、振镜及透镜系统；其中，所述的工控机上还设有一用于实时检测激光从薄膜或涂层出射之后的功率探测器，工控机根据功率探测器获取的功率值，计算得到薄膜或涂层的厚度，实时调整激光参数，使激光快速精确去除薄膜或涂层。

其中，还包括用于放置待加工件的X-Y平台，所述X-Y平台带动待加工件移动，完成对待加工件的表面薄膜或涂层的去除。

其中，所述的激光器内部还设有功率探测器，所述功率探测器用于实时检测激光器发射激光的功率，并将功率值传送给工控机。

其中，所述的工控机调整激光器的激光参数包括：出射激光功率、激光频率、振镜扫描速度、平台移动速度、加工次数。

与现有技术相比，本发明的去除薄膜或涂层的激光加工方法及设备，通过实时测量薄膜或涂层的厚度，根据厚度调节激光参数，使其达到最优去除效果，快速精准。

附图说明

图1为本发明的去除薄膜或涂层的激光加工设备的结构框图。

图2为本发明的去除薄膜或涂层的激光加工方法的流程图。

图3为本发明的去除薄膜或涂层的激光加工方法的厚度值获取原理示意图。

具体实施方式

以下参考附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。

请参阅附图2，在本实施例中，该种去除薄膜或涂层的激光加工方法，其包括以下步骤：

第一步S1，测量获取薄膜或涂层的厚度值；即通过测量等手段实时获取不同位置的薄膜或涂层的厚度；

第二步S2，根据所述第一步获取的厚度，调整激光的参数；该步骤中调整激光的参数包括激光出射激光功率、激光频率、振镜扫描速度、平台移动速度、加工次数等，根据厚度进行；

第三步S3，开启激光器，重复进行所述第一步S1和第二步S2，使激光在薄膜或涂层表面扫描，直至薄膜或涂层去除。由于薄膜或涂层的厚度不一致，因此在整个去除过程中，需要不断重复进行检测厚度，调整参数的步骤。

其中，由于厚度不一致时，需要实时不断重复检测、调整的过程，因此对于某些较厚的薄膜或涂层，在进行所述第一步S1之前还包括：预先设置某一厚度值作为检测基准，采用统一的激光参数，对薄膜或涂层进行初步去除并实时检测反馈信号，直至薄膜或涂层厚度达到预设值的步骤，之后根据预设值调整加工参数进行精细加工。即，采用较高功率对样品表面整个薄膜或涂层进行快速的初步去除，直至达到预设值，以免因重复检测调整导致去除时间长，效率不高的问题。

更具体的，薄膜去除有两种应用方式：一是，通过负反馈的信息在加工前或加工中间获得膜的厚度，依此设置加工参数完成加工；二是，预设一个负反馈值，该值对应于所剩的膜的厚度，实际加工时，先用大功率快速加工，并实时检测负反馈信号，待所测的负反馈信号值与预设值一致时，调整加工参数完成最后的精细加工。

其中，所述第一步中的厚度值的获取可以采用以下两种方式，请参照附图3的激光去除原理模拟示意图进行检测原理说明：

图3中：1入射光束，2传输介质(一般为空气)，3薄膜或涂层，4出射光束。在已知介质2的折射率n₁和膜层或涂层3的折射率n₂的条件下进行波长的选择。另外，对于选定波长的光束在每个膜层或涂层界面的反射率和吸收率是已知的。

其中，在所述第一步中的厚度值的获取所采用的探测光束类型可以来自用于加工的激光光源，也可以是任意波长光源，即可以是其他非激光光源。

入射光束的功率P通过传输介质2传输到介质2和膜层或涂层3的界面处，设该界面为界面A，其中界面A的反射率为R₁，透过的光束功率为(1-R₁)P。出射光束在膜层或涂层3内的传播距离为L，直到到达膜层或涂层3底部与其他介质的界面B，其中界面B的反射率为R₂，则反射光束的强度为(1-R₁)R₂Pexp(-αL)，α是光束在膜层或涂层3内的吸收系数。反射光束又经过L的距离传输到膜层或涂层3顶部与传输介质2的界面C，其中界面C的反射率为R₃，出射光束的能量为(1-R₁)R₂(1-R₃)Pexp(-2αL)。

出射光束与入射光束与的功率比r；

传输距离L与膜层或涂层厚度t的关系为：

其中入射光束的功率P和出射激光光束的功率P'均可通过功率探测器直接获得，因此可直接算出薄膜或涂层的厚度t。

通过上述工作原理分析可得，第一种方式，该方式包括以下步骤：

第一步，采用功率探测器测得进入薄膜或涂层之前的入射光束的功率P和从薄膜或涂层折射而出之后的出射光束的功率P'；

第二步，计算出射光束的功率与入射光束的功率比r：其中，R₁为入射光束的入射面反射率，R₂为薄膜或涂层的反射面反射率，R₃为出射光束的出射面反射率，L为光束在薄膜或涂层内传输距离；

第三步，根据所述第二步中获取的L值，计算厚度值t，其中，θ为入射光束的入射角，n₁为空气介质的折射率，n₂为薄膜或涂层的折射率。

第二种获取方式，选用双波长激光进行加工，分别计算双波长的功率比，该获取厚度值包括以下步骤：

第一步，选用双波长光源，分别获取双波长的光束的出射功率与入射功率比r，分别记为r₁和r₂；另设两种波长的光束在薄膜或涂层内的吸收系数分别是α₁和α₂；第二步，当选取的双波长接近时，其反射率也相近，因此以此可获取L值，进而计算厚度值t；

请参阅附图1，本实施例还公开了一种采用如上所述的去除薄膜或涂层的激光加工方法的去除薄膜或涂层的激光加工设备，其包括：激光器2，控制所述激光器2的工控机1，以及沿激光出射方向依次设有的扩束装置3、振镜及透镜系统4；其中，所述的工控机上还设有一用于实时检测光束从薄膜或涂层出射之后的功率探测器；5，工控机根据功率探测器获取的功率值，计算得到薄膜或涂层的厚度，实时调整激光参数，使激光快速精确去除薄膜或涂层。

其中，还包括用于放置待加工件的X-Y平台6，所述X-Y平台6带动待加工件移动，完成对待加工件的表面薄膜或涂层的去除。

优选的，所述的激光器2内部还设有功率探测器，所述功率探测器用于实时检测激光器发射激光的功率，并将功率值传送给工控机。

其中，所述的工控机1调整激光器的激光参数包括：出射激光功率、激光频率、振镜扫描速度、平台移动速度、加工次数。

更具体的，在加工过程中，设置激光光束与待加工件有一个固定角度θ，其中入射光束的功率可以通过激光器中实时监测模块测出；出射光束功率可以通过外部功率探测器实时监测得到。在加工过程中可以通过X-Y平台6的移动实现对整个待加工件或要求区域的加工。

激光器2出射激光通过扩束装置3传输到振镜及透镜系统4，通过改变加工位置来确定入射激光光束与代加工件之间的角度θ，在加工过程中通过平台的移动来实现对整个待加工件的加工。并且在激光器内部设置功率检测装置，激光器出射激光功率可以实时在工控机电脑界面显示，则可以通过衰减关系来计算出入射到待加工件的光束功率P，并且在激光平台上设置激光功率探测装置，实时监测透过膜层或涂层出射光束的功率P'，并且可以在工控机电脑界面显示。

薄膜或涂层的厚度值可以通过上述两种方式获得，当选用双波长激光器，两束激光的波长λ₁≈λ₂，则可以通过测量出两束激光的功率比r₁和r₂，根据计算出激光传输距离L，根据可以计算出膜层的厚度t。若膜层或涂层厚度不均匀，可以根据改变入射光束的位置来测试不同位置的膜层或涂层厚度，然后可以根据测量结果来选择所需激光加工参数，以更均匀、干净、准确的去除膜层或涂层。

更详细的，建立激光加工参数与膜层或涂层厚度的关系，根据此关系以及当前所测的膜层或涂层厚度选择适当的激光加工参数。

如果薄膜或涂层较薄，则可以一次完成去除，若较厚，则可以进行多次去除。

在膜层或涂层较厚的情况下，可以首先选用高功率激光初步快速去除，并实时检测反馈信号，直至薄膜或涂层厚度达到预设值，之后根据预设值调整加工参数进行精细加工。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种去除薄膜或涂层的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，测量获取薄膜或涂层的厚度值；

第二步，根据所述第一步获取的厚度值，调整激光的参数；

第三步，开启激光器，重复进行所述第一步和第二步，使激光在薄膜或涂层表面扫描，直至薄膜或涂层去除；

其中，所述第一步中的厚度值的获取包括以下步骤：

第一步，采用功率探测器测得进入薄膜或涂层之前的激光的功率P和从薄膜或涂层折射而出之后的出射激光的功率P'；

第二步，计算出射激光的功率与入射激光的功率比r：其中，R₁为入射激光的入射面反射率，R₂为薄膜或涂层的反射面反射率，R₃为出射激光的出射面反射率，L为激光在薄膜或涂层内传输距离，α是激光光束在薄膜或涂层内的吸收系数；

第三步，根据所述第二步中获取的L值，计算厚度值t，其中，θ为激光的入射角，n₁为空气介质的折射率，n₂为薄膜或涂层的折射率；或者，

所述的第一步中获取厚度值包括以下步骤：

第一步，选用双波长激光器，分别获取双波长的激光光束的出射激光的功率与入射激光的功率比r，分别记为r₁和r₂；另设双波长的激光光束在薄膜或涂层内的吸收系数分别是α₁和α₂；

第二步，当选取的双波长接近时，其反射率也相近，因此以此可获取L值，进而计算厚度值t。

2.如权利要求1所述的去除薄膜或涂层的激光加工方法，其特征在于，在进行所述第一步之前还包括：预先设置厚度值作为检测基准，采用统一的激光参数，对薄膜或涂层进行初步去除，并实时检测反馈信号，直至薄膜或涂层厚度达到预设值，之后根据预设值调整加工参数进行精细加工的步骤。

3.如权利要求1或2任意一项所述的去除薄膜或涂层的激光加工方法，其特征在于，所述获取薄膜或涂层厚度值的步骤中，所采用的探测光束可以来自用于加工的激光光源，也可以是任意波长光源。

4.一种采用如权利要求1或2任意一项所述的去除薄膜或涂层的激光加工方法的去除薄膜或涂层的激光加工设备，其特征在于，包括：激光器，控制所述激光器的工控机，以及沿激光出射方向依次设有的扩束装置、振镜及透镜系统；其中，所述的工控机上还设有一用于实时检测激光从薄膜或涂层出射之后的功率探测器，工控机根据功率探测器获取的功率值，计算得到薄膜或涂层的厚度，实时调整激光参数，使激光快速精确去除薄膜或涂层。

5.如权利要求4所述的去除薄膜或涂层的激光加工设备，其特征在于，还包括用于放置待加工件的X-Y平台，所述X-Y平台带动待加工件移动，完成对待加工件的表面薄膜或涂层的去除。

6.如权利要求4所述的去除薄膜或涂层的激光加工设备，其特征在于，所述的激光器内部还设有功率探测器，所述功率探测器用于实时检测激光器发射激光的功率，并将功率值传送给工控机。

7.如权利要求4所述的去除薄膜或涂层的激光加工设备，其特征在于，在所述的工控机上可以调整激光加工参数包括：出射激光功率，激光频率，振镜扫描速度，平台移动速度，加工次数。